## Jurnal Asiimetrik: Jurnal Ilmiah Rekayasa Dan Inovasi
Terakreditasi “ Peringkat 4” oleh Kemenristek/BRIN, Nomor SK: 200/M/KPT/2020 Volume 3 Nomor 2 Tahun 2021, Juli 2021, Halaman 89-96.
Website : http://journal.univpancasila.ac.id/index.php/asiimetrik/

## Analisis Keretakan pada Sambungan Las antara Pipa ASTM A106 dengan Globe Valve

## Analysis of Cracks in Welding Joints between ASTM A106 Pipe and Globe Valve
Amri Abdulah * , Apang Djafar Shieddique, Jatira, Dede Ardi Rajab dan Sukarman Sekolah Tinggi Teknologi Wastukancana, Jalan Cikopak No 53 Sadang-Purwakarta, Indonesia

## Informasi artikel
Diterima: 06/04/2021 Direvisi: 05/07/2021 Disetujui: 21/05/2021

## Abstract
Crack failure often occurs in piping installations, especially in the welding area which can be caused by excessive stress or corrosion of the material. In this case, the crack failure in the HAZ area will be discussed near the pipe connected to the valve for the heat transfer fluid line. The method used in this  paper  is  the  inspection  of  the  attached  materials  using  OES  (Optical emission  spectroscope),  observation  of  pipe  and  valve  joints  and  failure analysis. From the results of material inspection, it was found that the pipe used was ASTM A106, then from the microstructure it was seen that the grain dimensions were not homogeneous, it would cause the strength of material heterogeneity, then from visual observation, it could be seen that pipe joints and valve misalignment occurred.
Keywords: ASTM A106, valve, cracked, piping, misalignment.

## Abstrak
Kegagalan  retak  sering  terjadi  pada  instalasi  perpipaan,  terutama  di  area pengelasan yang dapat disebabkan oleh tekanan yang berlebihan atau korosi material. Dalam hal ini, kegagalan retak di area HAZ ( Heat affected zone ) akan dibahas di dekat pipa yang terhubung dengan katup untuk saluran fluida transfer  panas.  Metode  yang  digunakan  dalam  makalah  ini  adalah  inspeksi bahan  yang  terpasang  menggunakan  OES (Optical  emission  spectroscope) , pengamatan  sambungan  pipa  dan  katup  serta  analisis  kegagalan.  Dari  hasil pemeriksaan material, ditemukan bahwa pipa yang digunakan adalah ASTM A106,  kemudian  dari  struktur  mikro  terlihat  dimensi  butir  tidak  homogen, akan  menyebabkan  kekuatan  heterogenitas  material,  kemudian  dari pengamatan visual , dapat dilihat bahwa sambungan pipa dan misalignment katup terjadi.
Kata Kunci: ASTM A106, katup, retak, perpipaan, misalignment .
* Penulis Korespondensi. Tel.: - ; Handphone: +62 812 1800 8256 email : amri@stt-wastukancana.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Penelitian  ini  membahas  kasus  retak sambungan las antara pipa dan katup ( globe valve ),  dalam  sistem  penukar  panas  pipa ganda. Kegagalan terjadi pada katup saluran drainase. Retak terjadi tepat di sebelah area pengelasan.  Karena  kondisi  ini,  perlu  untuk mencari akar penyebab terjadinya kegagalan untuk menghindari kasus serupa di kemudian hari.  Analisis  kegagalan  akan  dilakukan dengan menganalisis bagian yang mengalami kegagalan  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar. 1.
Gambar 1. Sampel gagal
Keretakan  pada  sambungan  las  bisa terjadi  karena  beberapa  hal,  berdasarkan prosedur Crack  Tip  Opening Angle  (CTOA), retakan  yang  hanya  menembus  dinding dianggap  tidak  begitu  serius  dibandingkan dengan  retakan  kompleks,  pada  pipa stainless steel 304 yang mengalami rotasi di ujung  pipa,  dalam  kasus  seperti  itu  pipa mengalami  deformasi  lentur  murni  (Smith, 1988). Retakan pada sambungan las bisa juga disebabkan  oleh  efek  bengkok,  nilai  k berpengaruh  pada  tegangan  puncak,  ketika nilai  k  kecil,  peningkatan  tegangan  puncak tidak  signifikan,  tetapi  ketika  nilai  k  besar, peningkatan  tegangan  puncak  menjadi sangat signifikan (Hyde dan Sun, 2002). Dari sisi proses pengelasan, keretakan pada pipa juga bisa terjadi karena beberapa hal seperti efek dari tidak diikutinya Welding Procedure Specification (WPS),  perlakuan  panas  pada saat  pengelasan  berpengaruh  terhadap kekuatan  material,  dari  penelitian  Priymak tahun 2019, dalam kesimpulan penelitiannya menyatakan  bahwa  perlakuan  panas  pada sambungan  las  baja,  pada  suhu  tinggi
berkontribusi  terhadap  melemahnya  batas- batas  zona  yang  dipengaruhi  oleh  logam termomekanik  dan  logam  dasar  pada  baja. Sisi  plastisitas  dan  penurunan  daya  tahan siklik dapat berkontribusi terhadap kerusakan  prematur  (Priymak,  dkk.,  2019) lalu Dunder menganalisis pentingnya perlakuan  panas  sebelum  dan  sesudah pengelasan,  FG  HAZ  adalah  yang  paling bermasalah  ketika  fraktur  tipe  IV  terjadi (Marko,  dkk.,  2019).  Selain  dari  WPS  dan perlakuan  panas  masih  banyak  lagi kemungkinan  penyebab  dari  keretakan seperti  pengaruh  penggunaan  logam  pengisi (Aloraier,  dkk.,  2004),  ketahanan  korosi material  (Peralta,  dkk.,  2013;  Mudjianto, dkk.,  2019;  Shieddieque , dkk.,  2020), heat input yang digunakan ataupun kecepatan las saat proses pengelasan (Libyawati, Upara dan Suwandi,  2019),  dan  metode  las  yang digunakan (Melfi, 2010).
Pada  studi  kasus  ini,  material  yang digunakan  yaitu  Pipa  ASTM  A106  dengan standar  spesifikasi Seam  Less  Carbon  Steel Pipe yang khusus digunakan untuk temperatur tinggi. Pipa ini cocok digunakan pada  sistem  penukar  panas  seperti  sistem penukar  panas  pipa  ganda,  dalam  sistem penukar  panas  pipa  ganda  pipa  tersebut untuk  menyalurkan  fluida  pemindah  panas pada  saluran  masuk  dan  keluar  serta  untuk saluran drainase. Dalam kasus ini, keretakan terjadi  pada  saluran  drainase.  Pipa dihubungkan dengan
Globe Valve
menggunakan sambungan las. Proses pengelasan dilakukan menggunakan Tungsten Inert  Gas (TIG).  Sambungan  las  pada Globe Valve tersebut  terdapat  dua  koneksi  tetapi hanya  satu  kegagalan  yang  terjadi  sehingga kasus ini perlu diselidiki lebih lanjut.

## 2. METODOLOGI
Evaluasi keseluruhan untuk
mengidentifikasi penyebab kegagalan dilakukan dan didasarkan pada pengumpulan data, melakukan pengamatan, pemeriksaan, uji  material  dan  analisis  kondisi  operasi. Inspeksi  visual  adalah  langkah  pertama analisis sebelum melakukan sectioning untuk pengujian laboratorium.
Pengujian  destruktif,  dalam  hal  ini,  tidak dapat  dilakukan  di  area  yang  retak,  karena pengamatan  lain  memerlukan  tampilan  asli sampel  ini.  Oleh  karena  itu,  pemeriksaan struktur  mikro  menggunakan  mikroskop  di laboratorium  untuk  mengetahui  apakah  ada cacat pada material dan uji komposisi kimia dilakukan hanya di ujung sampel yang gagal.
Identifikasi  bahan  dilakukan  dengan memeriksa komposisi kimia dari bahan pipa. Pekerjaan ini dilakukan menggunakan optical emission spectroscope (OES). Hasil uji unsur kimia  dapat  dilihat  pada  Tabel  1. Dibandingkan  dengan  logam  standar  bahan pipa  berdasarkan  ASTM  A106  (Silva,  dkk . , 2009).
Tabel 1. Komposisi kimia sampel pipa
Melihat  hasil  uji optical  emission spectroscope pada  Tabel  1.  Tidak  ada perbedaan  signifikan  antara  sampel  pipa dengan  logam  standar  ASTM  A106  sehingga dapat  disimpulkan  bahwa  material  yang digunakan  pada  saluran drainase tersebut adalah  pipa  ASTM  A106.  Selanjutnya  dari pemeriksaan  fisik  material  bahwa  diameter pipa tersebut yaitu mempunyai diameter luar 1.66  inchi  dengan  ketebalan  3.6mm (schedule  40)(API,  1998).  Material  yang berhubungan  dengan  pipa  ini  adalah Globe valve dengan      spesifikasi DN 25 PN    40,
Material Body dari Globe valve tersebut yaitu A105  dengan  kode  Produk  0460.(Phönix, 2010).
Dari  studi  yang  dilakukan  untuk  proses pengelasan, Pengelasan kedua bahan tersebut  menggunakan Tungsten  Inert  Gas (TIG)  dengan  jenis  sambungan butt-weld, satandar pengelasan untuk aplikasi pipa yang digunakan  pada  temperatur  tinggi,  seperti pada saluran drainase alat penukar kalor pipa ganda  harus  mengiktui Welding  Procedure Specification (WPS)  dan  prosedur Post Welding  Heat  Treatment (PWHT).  Tujuan dari dilakukannya PWHT yaitu:
a. Menghilangkan tegangan sisa
b. Meningkatkan ketangguhan
c. Meningkatkan kekuatan
d. Meningkatkan ketahanan korosi
e. Menghilangkan efek pengerasan karena pengerjaan dingin
setelah  dilakukan  pengelasan  dilakukan  uji Non Destructive Test (NDT) dan Radiography Test (RT) .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Data dan Pengamatan
Retak  pada  sampel  yang  gagal ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Retak  terjadi pada  satu  sisi  pengelasan  pada  sambungan pipa dan katup,  posisi ini diilustrasikan oleh panah  kuning.  Retakan  dilingkari  oleh  garis putus-putus,  dan  terputusnya  hubungan antara katup dan tabung dapat diamati. Garis putus-putus  kuning  menunjukkan levelling yang  harus  dilakukan  dengan  baik  pada prosedur Post  Welding  Heat  Treatment (PWHT)  untuk  konstruksi  tidak  dilakukan, oleh karena itu konsentrasi tegangan di area pengelasan    dalam  kondisi  tinggi.Di  sisi  kiri dan kanan katup, ada pipa dengan diameter luar 1,66 inci (Schedule  40 dengan ketebalan nominal  3,6  mm)  yang  dihubungkan  oleh sambungan las. Salah satunya retak. Kondisi lasan diilustrasikan pada Gambar. 3.
Sampel
Pipa ASTM A 106 Kelas A Kelas B Kelas C C 0,189 Max=0,25 Max=0,30 Max=0,35 Mn 0,510 0,27-0,93 0,29-1,06 0,29-1,06 P 0,029 Max=0,035 Max=0,035 Max=0,035 S 0,015 Max=0,035 Max=0,035 Max=0,035 Si 0,216 Min=0,10 Min=0,10 Min=0,10
Ni 0,029 Tidak Melebihi 1% Tidak Melebihi 1% Tidak Melebihi 1%
Cr 0,031
Mo 0,004
V 0,002
Cu 0,044 Fe Seimbang
Dari  pengamatan  visual  pada  sampel material, dapat dilihat bahwa:
a. Ada dua lasan pada konstruksi drainase dan terjadi retak pada pengelasan B,
b. Dari  Gambar  3,  dapat  dilihat  bahwa pengelasan A terlihat lebih baik karena sumbu  antara  pipa  dan globe  valve terlihat  lurus  dibandingkan  pengelasan B.

## Analisis Operasi
Selama  operasi,  katup  selalu  tertutup sehingga fluida tersumbat di satu sisi katup, Konstruksi ini adalah drainase yang  biasanya, tidak  ada  aliran  yang  melaluinya  selama mesin  beroperasi.  Katup  hanya  terbuka ketika  pabrik  dimatikan  untuk  mengalirkan cairan transfer panas.
Gambar 2. Keretakan pada katup saluran drainase
Pengelasan A Pengelasan B
Gambar 3. Koneksi B las ada perbedaan diameter pipa dan katup
Tekanan  operasi  maksimum  pada  peralatan adalah 6 Bar. Cairan dalam pipa adalah Synthetic Therminol  66,  yang  merupakan  fluida  transfer panas  yang  mempunyai  kinerja  suhu  tinggi  yang luar  biasa  hingga  650°F  (345°C).  Cairan  ini memiliki  stabilitas  termal  yang  sangat  baik  dan tekanan  uap  yang  rendah.  Properti  ini menghasilkan kinerja sistem transfer panas yang andal  dan  konsisten  selama  periode  yang  lama. Synthetic  Therminol  66  tidak  korosif  terhadap logam yang biasa digunakan dalam desain sistem transfer panas (Eastman, 2019). Kondisi tampilan terperinci di dalam atau di luar retakan pada titik konstruksi  drainase  disajikan  pada  Gambar.  4. Ketebalan tabung praktis sama dengan konstruksi dan tidak ada penipisan. Korosi  tidak ditemukan di  dalam  atau  di  luar  permukaan  konstruksi,  itu berarti  korosi  tidak  terjadi.  Melihat  dari  dekat pada area retakan, retakan diindikasikan terjadi pada  area  HAZ  ( Heat  Affected  Zone ).  Retakan merambat atau menembus permukaan dalam dan luar tabung dan menyebabkan kebocoran.
(a) (b)
Gambar 4. Tampilan retak dari (a) sisi luar dan (b) sisi dalam
Dari tampilan terperinci yang pada gambar 4, beberapa poin dapat dirangkum, yaitu: (a) Tidak terjadi penipisan dari tabung, (b) Korosi sebagai salah  satu  kemungkinan  penyebab  kegagalan, tampaknya  tidak  terjadi  di  dalam  atau  di  luar konstruksi saluran, (c) Retakan terjadi di area HAZ ( Heat  Affected  Zone )  .  Retakan  merambat  atau menembus permukaan dalam dan luar tabung dan menyebabkan  kebocoran.  Dari  hasil  yang dirangkum  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa korosi  bukan  penyebab  dari  keretakan  pada sambungan las antara pipa ASTM A106 dan globe valve tersebut.

## Struktur Mikro Material
Dari pemeriksaan metalografi di laboratorium  terhadap  sampel  gagal  yaitu  pada sambungan las antara Pipa ASTM A106 dan Globe Valve pada  saluran  drainase  di  sistem  pemanas pipa ganda, hasilnya dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 . Struktur mikro
Gambar.  5  menunjukkan  struktur  mikro  dari sampel  pipa  yang  dilakukan  oleh  prosedur metalografi  standar.  bahwa  struktur  mikro  pipa terlihat unsur  ferit (fitur putih) dan perlit (fitur gelap).  Dimensi  butiran  terlihat  seperti  tidak homogen,  itu  akan  menyebabkan  kekuatan heterogenitas  di  berbagai  daerah  atau  bagian bahan.

## Analisis Kegagalan Retak
Analisis kegagalan dilakukan untuk
menentukan  apakah  kegagalan  itu  disebabkan oleh degradasi material atau beban operasi yang berlebihan atau tekanan internal yang lebih tinggi dari  kekuatan  kritis  material.  Pemeriksaan pertama  untuk  menemukan  akar  penyebab kegagalan  adalah  verifikasi  materi.  Pengamatan menggunakan Optical  Emission  Spectroscopy menghasilkan  bahwa  bahan  tabung  adalah  baja karbon  A106.  Spesifikasi  ini  sesuai  dengan informasi tentang bahan desain asli instalasi ini. Mencermati konstruksi, menunjukkan ada kesalahan dengan fabrikasi atau proses pembuatan  instalasi  ini.  Secara  umum,  asumsi pertama  yang  dapat  diambil  untuk  menentukan mekanisme  kerusakan  didasarkan  pada  bentuk kerusakan.  Informasi  tentang  kondisi  operasi setiap  bagian  serta  informasi  lainnya  sebagai proses  pembuatan  komponen  sangat  penting untuk  melengkapi  semua  data  peralatan  yang diperlukan. Bentuk   kerusakan    pada   konstruksi
titik drainase retak di sebelah area lasan. Dalam konstruksi  ini,  ada  dua  pengelasan  tetapi  hanya satu  celah.  Konstruksi  pengelasan  A  lebih  baik daripada  pengelasan  B.  Dapat  dilihat  pada Gambar 3 bahwa tekukan terjadi pada konstruksi pengelasan  B.  Bentuk  korosi  tidak  terjadi  pada konstruksi ini baik dari dalam maupun luar karena lingkungan kontak tidak korosif.

## Modus Kegagalan
Dari  pengamatan  secara  visual  pada konstruksi  di  titik drainase ,  ini  menunjukkan bahwa  lenturan  terjadi  pada  pengelasan  B. Berdasarkan kondisi ini, area lentur akan memiliki kondisi  tegangan  tinggi  dalam  arah  yang memanjang.  Tegangan  lebih  tinggi  terjadi  pada permukaan luar lasan dan membentuk retakan.

## Kemungkinan penyebab
Beberapa  temuan  penting  terkait  dengan kegagalan  pada  sambungan  antara  Pipa  ASTM A106 dan Globe Valve dapat dilihat pada Gambar 6.
Dari Gambar 6. Terlihat di posisi(a) Keretakan terjadi  di  wilayah  HAZ,  ini  adalah  kasus  umum karena  HAZ  adalah  area  kritis  dalam  pengelasan karena  kemungkinan  perubahan  struktur  dan dimensi  mikro,  (b)  Kondisi  konstruksi  las  yang membentuk  daerah  bengkok  karena  proses pengelasan,  (c)  Penipisan  di  area  yang  retak disebabkan  oleh  proses  pengelasan  yang mendorong  tegangan  tinggi  ke  arah  memanjang, ketidaksempurnaan dalam bentuk sambungan las, meningkatkan  tekanan  berlebihan  dan  dianggap sebagai penyebab utama retak

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  tes  laboratorium  untuk  uji komposisi  kimia  menggunakan Optical  Emission Spectroscopy dan pemeriksaan metalografi untuk struktur mikro, pengamatan serta studi literatur, beberapa  bukti  diperoleh  dan  berdasarkan  bukti yang  tersedia  dapat  disimpulkan  bahwa  bahan yang digunakan untuk pipa dengan diameter luar 1,66 inci ( Schedule 40 dengan ketebalan 3,6 mm) adalah Carbon Steel ASTM A106 , dan kegagalan retak  disebabkan  oleh  pembengkokan  dan perubahan  dimensi  atau  ketebalan  di  area pengelasan B karena ketidaksempurnaan prosedur pengelasan dan konstruksi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  ingin  mengucapkan  terima  kasih kepada  PT.  ACTs,  berkat  kerjasama  yang dilakukan  dan  penggunaan  laboratoriumnya, penelitian  ini  dapat  diselesaikan,  semoga bermanfaat bagi yang membutuhkan.

## DAFTAR PUSTAKA
A.J.  Gaxiola  Peralta,  dkk.,  2013.  Effects  of  welding conditions by TIG and post weld heat treatment in ductile  cast  iron  on  the  corrosion  resistance. Materials  Science  Forum ,  755,  hal.  21–27.  doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.755.21.
Aloraier,  dkk.,  2004.  Eliminating  post-weld  heat treatment  in  repair  welding  by  temper  bead technique :  role  bead  sequence  in  metallurgical changes, Materials  Processing  Technology ,  154, hal. 392–400. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.383. API,  1998. Inspection  Practices  for  Piping  System Components Second edition . Marko,  D.,  Toma ž ,  V.,  Ivan,  S.  and  Dejan,  M.,  2019.
Analysis of heat-affected zone microstructures of steel P92 after welding and after post-weld heat treatment. The International Journal of Advanced Manufacturing  Technology , 102 (9-12),  pp.3801- 3812.
Eastman,  (2019) Therminol®  66  Heat  Transfer  Fluid Version 2.5 PRD . Hyde, T. H. dan Sun, W. 2002. Effect of bending load on  the  creep  failure  behaviour  of  a  pressurised thick walled CrMoV pipe weldment, International Journal  of  Pressure  Vessels  and  Piping ,  79,  hal. 331–339.
Libyawati, W., Upara, N. dan Suwandi, A. 2019. Analisis Kinematika Pada Desain  Alat   Bantu    Peningkat,
Gambar 6. Titik kegagalan pada sampel
Teknologi , 11(2), hal. 111–116. Melfi, T., 2010. New code requirements for calculating heat input’, Welding Journal (Miami, Fla) , 89(6), hal. 61–63. Phönix (2010) ‘Bellows Sealed Valves Phönix Product & Order Code’. Priymak,  E.,  Atamashkin,  A.  and  Stepanchukova,  A., 2019. Effect of post-weld heat treatment on the mechanical properties and mechanism of fracture of  joint  welds  made  by  thompson  friction welding. Materials today: proceedings , 11 , pp.295-299.
R.C. Mudjianto, dkk., 2019. Analisis Terjadinya Korosi Batas Butir Akibat Proses Pengelasan GTAW Pada
Material  Austenitic  Stainless  Steel  AISI  A304,
Jurnal Teknologika , 9(1), hal. 31-37.
Shieddieque,  A.  D.,  dkk.,  2020.  Analysis  corrosion resistance  and  flexural  stress  of  AISI  304L  using ER308L  in  GTAW  with  currents  variations, Technology  Reports  of  Kansai  University ,  62(6), hal. 3115–3122.
Silva, C. C., dkk., 2009. Welding of ASTM A106 Gr . B steel pipes for high- temperature service – part 1 – residual stress analysis’, Welding International ,
23(4), hal. 270–281. doi:
10.1080/09507110802543476.
Smith,  E.,  1988.  The  effect  of  pipe  bends  on  the stability of a circumferential through-wall crack in a  type  304  stainless  steel  piping  system’, Engineering Fracture Mechanics , 29(6), hal. 705–
712.